JP2017199084A - Structure design assist device capable of discovering dynamic weak point of structure using inductive force - Google Patents

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深田 善樹
Yoshiki Fukada
善樹 深田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for calculating an inductive force acting in a direction separate from the direction of load as one index for specifying a bent portion where the function to transmit a load cannot be exhibited, and for consideration of whether or not it is easily deformable, in computer-aided numerical analysis of the dynamic characteristic of a structure.SOLUTION: A numerical analysis device of the present invention includes: means for calculating an inductive force vector acting in a direction separate from the direction of load in each analysis element of a structure when a load is applied to a numerical model of the structure; means for calculating the non-corrected displacement of each analysis element against the load; means for calculating the corrected displacement of each analysis element when a corrected load obtained by subtracting the inductive force vector from the load is applied to the structure; means for comparing the non-corrected displacement and corrected displacement of each analysis element and evaluating the contribution of the inductive force vector; and means for outputting or displaying the contribution of the inductive force vector.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、コンピュータを用いて構造体の力学特性の数値解析装置に係り、より詳細には、有限要素法等の数値解析を用いた構造体の応力分布等の解析を通じて構造体の設計に於いて有用な情報を得ることが可能な構造体の設計支援装置に係る。   The present invention relates to a numerical analysis apparatus for mechanical properties of a structure using a computer. More specifically, the present invention relates to design of a structure through analysis of stress distribution of the structure using numerical analysis such as a finite element method. The present invention relates to a structure design support apparatus capable of obtaining useful information.

コンピュータに数値計算技術の発展により、車両のボディーを初め、種々の機械器具、建築物などの構造体の力学的又は機械的特性が、コンピュータを用いた有限要素法などによって数値的に解析され、そこで得られた情報が構造体の設計のために利用されるようになっている。かかるコンピュータによる数値解析による構造体の力学的又は機械的特性の解析手法によれば、実際の構造体を製作する前の設計段階に於いて、構造体が、要求される特性を備えているか否かの把握が可能となり、また、そのような要求される特性を構造体に備えさせるための設計変更が可能となる点で有利である。そのようなコンピュータによる構造体の力学的又は機械的特性の数値解析を行う技術としては、種々の手法が提案されている。例えば、特許文献1に於いては、位相最適化手法を用いて、所定の制約条件の下で目的関数を満足する最適な構造物の形状を求める場合に、有限要素法の構造解析の結果、構造物の剛性が制約条件より低いときには、構造物の剛性を仮想的に高く設定して余裕を持たせてから位相最適化を行い、これにより、解析にかかる工数の削減を図ることが提案されている。特許文献2では、非線形に変形する乗用車の客室構造体の衝突時の荷重経路の数値解析に於いて、線形弾性変位が支配的な部分を完全な線形弾性体に置き換え、その衝突時の線形弾性体の変形に於ける荷重データを有限要素法により算出して、荷重経路の解析を行う手法が提案されている。特許文献3は、車両構造に於ける構造物の載荷時に於ける部品の変形を定量的に評価する場合に、部品の曲率を数値解析により算出して、その結果に基づいて、補剛する部品と板厚を減らす部品を選定することを提案している。更に、特許文献4では、積層材料に対して曲げ応力を付与した際に層間に発生する応力を算出する場合に、重ねる層別に、有限要素法により得られる曲率半径と主応力とから表面の応力を計算し、それらの差し引きにより層間の最大引っ張り応力を求め、これにより、乖離しやすい部分を補強するための設計に利用することが提案されている。   With the development of numerical computation technology in computers, the mechanical or mechanical properties of structures such as vehicle bodies, various machine tools, buildings, etc. are numerically analyzed by the finite element method using computers, etc. The information obtained there is used for designing the structure. According to the analysis method of the mechanical or mechanical characteristics of the structure by the numerical analysis by the computer, whether or not the structure has the required characteristics in the design stage before the actual structure is manufactured. This is advantageous in that it can be grasped and a design change can be made to provide the structure with such required characteristics. Various techniques have been proposed as a technique for performing numerical analysis of the mechanical or mechanical characteristics of a structure using such a computer. For example, in Patent Document 1, when obtaining an optimal structure shape that satisfies an objective function under a predetermined constraint condition using a phase optimization method, the result of structural analysis of the finite element method, When the rigidity of the structure is lower than the constraint, it is proposed to set the rigidity of the structure virtually high and allow a margin before phase optimization, thereby reducing the number of man-hours required for analysis. ing. In Patent Document 2, in the numerical analysis of the load path at the time of collision of the passenger car structure that deforms nonlinearly, the portion where the linear elastic displacement is dominant is replaced with a complete linear elastic body, and the linear elasticity at the time of the collision is changed. A method has been proposed in which load data in body deformation is calculated by a finite element method to analyze a load path. Patent Document 3 discloses a component for stiffening based on the result of calculating the curvature of a component by numerical analysis when quantitatively evaluating the deformation of the component at the time of loading a structure in the vehicle structure. It proposes to select parts that reduce the plate thickness. Furthermore, in patent document 4, when calculating the stress which generate | occur | produces between layers when a bending stress is provided with respect to a laminated material, surface stress is calculated from the curvature radius and principal stress obtained by the finite element method for every layer to overlap. It is proposed that the maximum tensile stress between the layers is calculated by subtracting them and used for the design to reinforce the part that is easily separated.

特開2008−40528JP2008-40528 特開2013−8259JP2013-8259A 特開2013−92835JP2013-92835A 特開2004−110793JP2004-110793 特開2005−38211JP 2005-38211 A

ところで、湾曲した部分を有する構造体に於いて、荷重を与えた場合、その荷重の向きによっては、湾曲した部分に於いて、付与した荷重を伝達する機能が十分に発揮されていない状態の部位が生じ得る。例えば、図8(A)に例示されている如き、図中、上下の曲板の間に板面に垂直な方向に中板を介在させたH字断面の梁状構造体(初めから二枚の平行な板が面の垂直な方向に湾曲した梁状構造体)に対して、図示の如く、曲げモーメントを発生する荷重を与えた場合、図8(B)に示されている如く湾曲の程度が増大する方向に変形するところ、更に、図8(C)に模式的描かれている如く、上下の曲板はその両縁が互いに近づく方向にも変形する。かかる上下の曲板の互いに近づく方向に変形した両縁の部分の変形は、図示の梁状構造体に与えた曲げモーメントを発生する荷重に起因するものであるところ、両縁の部分は、与えられた荷重を支持する機能を果たしておらず、即ち、荷重を伝達する機能を十分に発揮せずに変形する部分であるということができる。図8(B)にて、濃淡で示された(有限要素法で得られた)応力分布を見ると、両縁の部分には、殆ど応力が発生していないことが理解される。これは、後に説明する誘導力による力の逃げが起こり、荷重を伝達する機能を十分に発揮できなくなっていることを示しており、このような部位に於いては、力の逃げを防止する適切な補強により、その強度剛性を改善することが可能である。   By the way, in a structure having a curved portion, when a load is applied, depending on the direction of the load, a portion in a state where the function of transmitting the applied load is not sufficiently exhibited in the curved portion. Can occur. For example, as illustrated in FIG. 8A, in the figure, a beam-like structure having an H-shaped cross section (two parallel plates from the beginning) in which a middle plate is interposed between upper and lower curved plates in a direction perpendicular to the plate surface. When a load that generates a bending moment is applied to the beam-like structure in which the plate is curved in the direction perpendicular to the surface), the degree of bending is as shown in FIG. Further, as shown schematically in FIG. 8C, the upper and lower curved plates are also deformed so that both edges approach each other. The deformation of both edges of the upper and lower curved plates that are deformed in the direction approaching each other is due to the load that generates the bending moment applied to the illustrated beam-like structure. It can be said that it does not fulfill the function of supporting the applied load, that is, it is a part that deforms without fully exhibiting the function of transmitting the load. In FIG. 8B, when the stress distribution shown by shading (obtained by the finite element method) is seen, it is understood that almost no stress is generated in both edge portions. This indicates that a force escape caused by an induced force, which will be described later, has occurred, and the function of transmitting a load cannot be fully exhibited. It is possible to improve the strength and rigidity by proper reinforcement.

上記のコンピュータによる有限要素法等を利用した数値解析の手法によれば、図8(B)の濃淡で示された応力分布の如く、構造体に力を与えた場合の構造体内の応力やひずみの分布の算出が可能となり、構造体内に荷重を伝達する機能を発揮しない部位があるとき、即ち、応力の小さい部位があるとき、応力分布を参照することで、その部位の空間上の位置や範囲は特定できる。しかしながら、従前の有限要素法等を利用した数値解析の手法の場合、構造体内に荷重を伝達する機能を発揮しない部位があるとき、そうなる理由を特定することは一般に困難であり、理由が特定されないと、構造改善する設計変更の方法を見つけることも困難となる。例えば、図8(B)に示された例の場合、まず、有限要素法により応力分布を算出し、更に、変形解析を行った結果、荷重の伝達に寄与しない応力の小さい部分が変形していることは把握されるが、かかる変形が如何に生じるかの原因は、応力分布と変形の程度を参照しただけでは特定することは困難である。また、このような例に対して、荷重経路の解析を行う手法(特許文献2など)を適用した場合には、そもそも、荷重を伝達する機能を発揮しない部位は何ら表示されないこととなり、或いは、構造体の形状を自動的に最適化する手法(特許文献3など)を適用した場合には、荷重を伝達する機能を発揮しない部位は削られる一方となってしまい、適切に補強を加えて構造を改善する方向には最適化されない。   According to the numerical analysis method using the finite element method or the like by the above computer, the stress or strain in the structure when a force is applied to the structure as shown by the stress distribution shown by the shading in FIG. When there is a part that does not perform the function of transmitting a load in the structure, that is, when there is a part with low stress, by referring to the stress distribution, The range can be specified. However, in the case of a numerical analysis method using a conventional finite element method or the like, it is generally difficult to specify the reason when there is a part that does not perform the function of transmitting a load in the structure, and the reason is specified. Otherwise, it will be difficult to find a design change method for improving the structure. For example, in the case of the example shown in FIG. 8B, first, the stress distribution is calculated by the finite element method, and the deformation analysis is performed. As a result, a portion having a small stress that does not contribute to load transmission is deformed. However, it is difficult to specify the cause of such deformation by simply referring to the stress distribution and the degree of deformation. In addition, when a method for analyzing a load path (such as Patent Document 2) is applied to such an example, a portion that does not perform a function of transmitting a load is not displayed at all, or When a method for automatically optimizing the shape of the structure (Patent Document 3, etc.) is applied, the part that does not perform the function of transmitting the load will be scraped off, and the structure is added with appropriate reinforcement. It is not optimized to improve the direction.

上記の如き湾曲した部分を有する構造体に於いて荷重を与えた際の荷重を伝達する機能が発揮されない部位の変形に関して、本発明の発明者は、特願2015−009978に於いて、かかる変形が、湾曲した部分に作用した荷重の向きに依存して、その荷重の伝達方向(その部位における応力の主応力に平行な方向)とは別の方向に作用する力が生ずることに起因する、ということを見出した。そして、かかる荷重の伝達方向とは別の方向に作用する力とそのベクトルを「誘導力」、「誘導力ベクトル」として定義し、その大きさは、構造体内の各部位の主応力のその方向についての変化率(微分値)で表すことができ、荷重を伝達する機能が発揮されない部位の特定と変形し易いか否かについての考察のための一つの指標として用いることが可能であることを示した。   Regarding the deformation of the portion where the function of transmitting the load when the load is applied in the structure having the curved portion as described above, the inventor of the present invention has made such deformation in Japanese Patent Application No. 2015-0099978. However, depending on the direction of the load applied to the curved portion, a force acting in a direction different from the direction in which the load is transmitted (a direction parallel to the principal stress of the stress at the part) is generated. I found out. The force acting in a direction different from the transmission direction of the load and its vector are defined as “inductive force” and “inductive force vector”, the magnitude of which is the direction of the main stress of each part in the structure. It can be expressed by the rate of change (differential value) of the, and it can be used as one index for consideration of whether or not it is easy to deform and specify a part where the function of transmitting the load is not exhibited Indicated.

上記の如き誘導力に関して、それに基づく構造体に於ける荷重を伝達する機能が発揮されない部位の特定と変形のし易さについて考察する場合、単に誘導力の分布を参照するだけでなく、誘導力による構造体の変位に対する影響がより定量的に把握できるようになると、更に有利である。また、前記出願に於いては、「誘導力ベクトル」は、解析対象の構造体の数値モデルに於いて数値解析的に得られた主応力の微分演算により算出されているが、かかる「誘導力ベクトル」は、主応力を陽に算出することなく、付与した荷重又は変位から直接的に算出が可能である。   Regarding the inductive force as described above, when considering the location of a structure that does not function to transmit the load based on the inductive force and ease of deformation, not only refer to the distribution of inductive force but also the inductive force. It would be even more advantageous if the influence of the structure on the displacement of the structure can be grasped more quantitatively. In the above application, the “inductive force vector” is calculated by differential calculation of principal stress obtained numerically in the numerical model of the structure to be analyzed. The “vector” can be directly calculated from the applied load or displacement without explicitly calculating the main stress.

かくして、本発明の課題は、コンピュータを用いた数値解析により構造体の力学特性の解析をする場合に於いて、より定量的な構造体の変位に対する誘導力の影響の考察を可能とする新規な指標とその算出手法並びに「誘導力」の新規な算出手法とを提供することである。   Thus, an object of the present invention is to provide a novel quantitative analysis of the influence of the induction force on the displacement of the structure when analyzing the mechanical characteristics of the structure by numerical analysis using a computer. It is to provide an index, a calculation method thereof, and a new calculation method of “inductive force”.

本発明によれば、上記の課題の一つは、コンピュータを用いた構造体の力学的特性の数値解析装置であって、複数の解析要素を有する構造体の数値モデルに於いて構造体に対して荷重を与えた場合に解析要素の各々にて荷重の方向とは別の方向に作用する誘導力ベクトルを算出する手段と、構造体の数値モデルに於いて構造体に対して荷重を与えた場合に解析要素の各々にて生ずる非修正変位を算出する手段と、構造体の数値モデルに於いて、荷重から誘導力ベクトルを減算して得られる修正荷重を構造体に対して与えた場合に解析要素の各々にて生ずる修正荷重を算出する手段と、解析要素の各々に於ける非修正変位と修正変位とに基づいて誘導力ベクトルの寄与を表す指標値を算出する手段と、誘導力ベクトルの寄与を表す指標値を出力又は表示する手段とを含む装置によって達成される。   According to the present invention, one of the above problems is a numerical analysis apparatus for mechanical properties of a structure using a computer, in which the structure has a numerical model of a structure having a plurality of analysis elements. When a load is applied, a means for calculating an induction force vector acting in a direction different from the direction of the load in each analysis element, and a load is applied to the structure in the numerical model of the structure In the case where a correction load obtained by subtracting the induced force vector from the load is applied to the structure in the numerical model of the structure and the means for calculating the uncorrected displacement that occurs in each of the analysis elements Means for calculating a correction load generated in each of the analysis elements, means for calculating an index value representing the contribution of the induction force vector based on the uncorrected displacement and the correction displacement in each of the analysis elements, and the induction force vector The index value representing the contribution of It is achieved by a device comprising means for displaying.

上記の構成に於いて、「構造体」とは、車両のボディーを初め、種々の機械器具、建築物又はそれらを構成する任意の部材などの構造体であって、応力が定義可能な構造体であってよい。「数値解析」は、典型的には、有限要素法であってよいが、これに限定されず、構造体に対して任意の荷重を与えた場合の、構造体の任意の部位に設定される複数の解析要素の応力及び/又は変位を算出できる任意の解析方法であってよい。「誘導力ベクトル」は、構造体が固体力学の適用される弾性体であって、応力の微分値が任意の方向に算出できる場合には、それぞれの主応力のその対応する主軸方向についての微分値を成分とするベクトルとして定義される。また、構造体の数値モデルがシェル構造の弾性体であり、構造体が複数の解析要素に分割され、各解析要素が3つ以上の節点にて画定される多角形の要素であるモデルである場合には、厚み方向の応力の微分値が算出されないことから、誘導力ベクトルは、各解析要素の各節点毎の厚み方向の成分Fnが、各解析要素の曲率行列Qijと応力テンソルσijとを用いて、
Fn=ΣΣijσij …(A)
によっても表される。(ここに於いては、Σ、Σは、i、jについての総和を表す。)
In the above configuration, the “structure” is a structure such as a body of a vehicle, various mechanical devices, buildings, or arbitrary members constituting them, and a structure in which stress can be defined. It may be. “Numerical analysis” may typically be a finite element method, but is not limited thereto, and is set at an arbitrary part of the structure when an arbitrary load is applied to the structure. Any analysis method capable of calculating the stress and / or displacement of a plurality of analysis elements may be used. "Inductive force vector" is the derivative of each principal stress in its corresponding principal axis direction when the structure is an elastic body to which solid mechanics is applied and the differential value of stress can be calculated in any direction. It is defined as a vector whose components are values. Further, the numerical model of the structure is an elastic body having a shell structure, and the structure is divided into a plurality of analysis elements, and each analysis element is a polygonal element defined by three or more nodes. In this case, since the differential value of the stress in the thickness direction is not calculated, the inductive force vector includes the component Fn in the thickness direction for each node of each analysis element, the curvature matrix Q ij of each analysis element, and the stress tensor σ ij And
Fn = Σ i Σ j Q ij σ ij (A)
Also represented by (Here, Σ i and Σ j represent the sum of i and j.)

上記の本発明の構造体の力学的特性の数値解析装置の構成に於いては、まず、上記に説明された「誘導力ベクトル」が算出される。「誘導力ベクトル」は、端的に述べれば、後により詳細に説明される如く、構造体の湾曲した部分に於いて、その湾曲方向に沿った方向(周方向)の荷重がかかった場合に、その荷重に対して垂直な方向に発生する力(単位は、体積当たりの力となる。)に相当する。即ち、この「誘導力ベクトル」は、構造体に与えた荷重に対して、その荷重とは別の方向に作用する力の大きさの指標値として参照することができる量である。そして、本発明の数値解析装置に於いては、更に、誘導力ベクトルが発生する状態、即ち、誘導力ベクトルを惹起する荷重が付与された状態での解析要素の各々にて生ずる変位(「非修正変位」と称する。)と、荷重から誘導力ベクトルを減算して得られる荷重(「修正荷重」と称する。)が構造体に付与された状態での解析要素の各々にて生ずる変位(「修正変位」と称する。)が算出され、かかる「修正変位」と「非修正変位」に基づいて誘導力ベクトルの寄与を表す指標値として算出される。   In the above-described configuration of the numerical analysis device for the mechanical characteristics of the structure of the present invention, first, the “inductive force vector” described above is calculated. In short, the “inductive force vector” is, as will be described in more detail later, when a load in a direction along the bending direction (circumferential direction) is applied to the curved portion of the structure. This corresponds to a force (unit is a force per volume) generated in a direction perpendicular to the load. That is, this “inductive force vector” is an amount that can be referred to as an index value of the magnitude of a force acting in a direction different from the load applied to the structure. Further, in the numerical analysis device of the present invention, the displacement (“non-non-zero”) generated in each of the analysis elements in a state where the induced force vector is generated, that is, in a state where a load causing the induced force vector is applied. ) And a displacement ("" that is generated by subtracting the induced force vector from the load (referred to as "corrected load")) in each of the analysis elements in a state where the structure is applied. This is calculated as an index value representing the contribution of the induction force vector based on the “corrected displacement” and “uncorrected displacement”.

上記の構成に於いて、「修正荷重」を付与した状態は、初めの荷重を付与した状態に於いて誘導力ベクトルが減算された状態となっているので、その状態に於ける「修正変位」は、誘導力ベクトルを除去した状態での変位を想定したものである。実際には、誘導力ベクトルを初めに与えた荷重から除去すると、構造体に於いて有意に誘導力が発生していなかった部位での変位も変化する可能性があるので、「修正変位」が単純に誘導力ベクトルによる変位分を除去した変位とはならない場合があるところ、「修正変位」と「非修正変位」とを比較することにより、構造体に於いて、誘導力ベクトルが如何なる影響を及ぼしているかについての考察に於いて有用となる。そこで、上記の如く、非修正変位と修正荷重とを比較するべく、「修正変位」と「非修正変位」に基づく誘導力ベクトルの寄与を表す指標値(「誘導力影響指標値」と称する。)が算出され、出力又は表示されることとなる。そして、或る解析要素に於いて、「修正変位」と「非修正変位」との比較に於ける指標値が大きいとき、その部位に於いては、荷重の伝達の機能が十分に発揮されず、力が「逃げている」部位(与えた荷重が期待する方向とは別の方向に作用する)部位であると判断できることとなる。   In the above configuration, the state in which the “correction load” is applied is a state in which the induction force vector is subtracted in the state in which the initial load is applied, and thus the “correction displacement” in that state. Is assumed to be the displacement with the induction force vector removed. In fact, if the induction force vector is removed from the initial applied load, the displacement at the site where the induction force was not significantly generated in the structure may also change. There may be cases where the displacement due to the induced force vector is not simply removed. However, by comparing the “corrected displacement” with the “uncorrected displacement”, the influence of the induced force vector on the structure is affected. It will be useful in considering what it is doing. Therefore, as described above, in order to compare the uncorrected displacement and the corrected load, an index value representing the contribution of the induced force vector based on “corrected displacement” and “unmodified displacement” (referred to as “inductive force influence index value”). ) Is calculated and output or displayed. When an index value in a comparison between “corrected displacement” and “uncorrected displacement” is large in a certain analysis element, the load transmission function is not fully exhibited in that portion. Therefore, it can be determined that the portion is a portion where the force is “running away” (acts in a direction different from the direction in which the applied load is expected).

「誘導力影響指標値」としては、後述の実施形態の欄に於いて説明される如く、「修正変位」と「非修正変位」との差分、比等が採用されてよい。或いは、構造体の任意の或る部位に於ける「修正変位」に対する「非修正変位」の比を構造体の別の部位の「修正変位」に乗算した値と、その別の部位の「非修正変位」の値との差分、比等が誘導力影響指標値として算出されてよい。この場合、或る部位に対する別の部位の誘導力の影響が相対的に把握できることとなり、有利である。   As the “inductive force influence index value”, a difference, a ratio, or the like between “correction displacement” and “non-correction displacement” may be employed as described in the section of the embodiment described later. Alternatively, the ratio of “uncorrected displacement” to “corrected displacement” at any given part of the structure multiplied by “corrected displacement” at another part of the structure and “non-corrected displacement” at the other part of the structure. Differences, ratios, etc. from the value of “corrected displacement” may be calculated as the guidance force influence index value. In this case, the influence of the guiding force of another part on a certain part can be relatively grasped, which is advantageous.

本発明の数値解析装置の実施の形態に於いては、構造体に於ける「誘導力ベクトル」の分布や「誘導力影響指標値」の分布が調製されて、その分布が出力又はグラフィック表示等により表示されてよい。また、有限要素法等による数値解析を実行して、各解析要素の応力や変位を算出する装置の一部として、本発明による「誘導力ベクトル」や「誘導力影響指標値」を算出する装置が組み込まれても良い。   In the embodiment of the numerical analysis device of the present invention, the distribution of the “inductive force vector” and the distribution of the “inductive force influence index value” in the structure are prepared, and the distribution is output or graphically displayed. May be displayed. In addition, as a part of a device that performs numerical analysis by a finite element method or the like and calculates stress and displacement of each analysis element, a device that calculates “inductive force vector” and “inductive force influence index value” according to the present invention May be incorporated.

また、本発明によれば、シェル構造を成す構造体の力学的特性の数値解析を有限要素法に従って実行する場合、上記の課題のもう一つは、有限要素法に従ってコンピュータを用いた構造体の力学的特性の数値解析装置であって、複数の解析要素を有する構造体のシェル構造を仮定した数値モデルに於いて構造体に対して与えられる荷重及び該荷重を与えた場合に生ずる構造体の解析要素の各々の変位を算出する影響変数行列、或いは、荷重と影響変数行列とを用いて算出された解析要素の各々の変位と、解析要素の剛性行列と、解析要素の曲率行列とを用いて、構造体に対して荷重を与えた場合に解析要素の各々にて荷重の方向とは別の方向に作用する誘導力ベクトルを算出する手段と、誘導力ベクトルを出力又は表示する手段とを含む装置によって達成される。   According to the present invention, when the numerical analysis of the mechanical characteristics of the structure forming the shell structure is performed according to the finite element method, another of the above problems is the structure of the structure using a computer according to the finite element method. A numerical analysis device for mechanical characteristics, in a numerical model assuming a shell structure of a structure having a plurality of analysis elements, a load applied to the structure and a structure generated when the load is applied Use the influence variable matrix to calculate the displacement of each analysis element, or the displacement of each analysis element calculated using the load and the influence variable matrix, the stiffness matrix of the analysis element, and the curvature matrix of the analysis element Means for calculating an induced force vector acting in a direction different from the direction of the load in each analysis element when a load is applied to the structure, and means for outputting or displaying the induced force vector. Including equipment Thus it is achieved.

構造体の力学的特性の数値解析を有限要素法に従って実行する場合、一般に、構造体の数値モデルに於いて、或る荷重を付与した場合の解析要素の各々の変位は、その荷重と、構造体の数値モデルの構造によって影響変数行列とを用いて算出され、更に、かかる変位と、構造体の数値モデルによって決定される剛性行列とを用いて、応力が決定される。一方、誘導力ベクトルは、解析要素の各々の応力に基づいて決定されるところ、後述の実施形態の欄に於いて説明される如く、かかる誘導力ベクトルは、シェル構造を仮定した数値モデルに於いては、解析要素の曲率行列と応力テンソルとによっても表すことが可能である。そうすると、構造体の力学的特性の数値解析に於いて有限要素法が実行される場合には、誘導力ベクトルは、直接的に、構造体に対して与えられる荷重及び該荷重を与えた場合に生ずる構造体の解析要素の各々の変位を算出する影響変数行列と剛性行列と曲率行列とを用いて、或いは、荷重と影響変数行列とを用いて算出された解析要素の各々の変位と剛性行列と曲率行列とを用いて、算出することが可能であり、解析要素の応力を陽に算出しなくてもよいこととなる。   When numerical analysis of the mechanical properties of a structure is performed according to the finite element method, in general, in a numerical model of a structure, each displacement of an analysis element when a certain load is applied is represented by the load and the structure. The stress is determined by using the influence variable matrix according to the structure of the numerical model of the body, and further using the displacement and the stiffness matrix determined by the numerical model of the structure. On the other hand, the inductive force vector is determined based on the stress of each analysis element. As will be described later in the section of the embodiment, the inductive force vector is determined in a numerical model assuming a shell structure. In this case, it can also be expressed by a curvature matrix of an analysis element and a stress tensor. Then, when the finite element method is executed in the numerical analysis of the mechanical characteristics of the structure, the induction force vector is directly calculated when the load applied to the structure and the load are applied. The displacement and stiffness matrix of each of the analysis elements calculated using the influence variable matrix, stiffness matrix, and curvature matrix that calculate the displacement of each analysis element of the resulting structure, or using the load and the influence variable matrix And the curvature matrix can be calculated, and the stress of the analysis element need not be calculated explicitly.

かくして、上記の本発明によれば、一つの態様に於いて、構造体の力学的特性の数値解析に於いて、荷重を与えられた構造体にて、その荷重の方向と別の方向に作用する誘導力ベクトルの影響を表す指標値が算出され、出力又は表示することが可能となる。誘導力ベクトルと誘導力影響指標値を参照すれば、構造体に於いて、与えられた荷重を伝達する機能が発揮されない部位又は領域とその程度が把握されると伴に、誘導力ベクトルと誘導力影響指標値の大きさ又は分布の状況と、構造体の形状とを対比させることにより、或る部分が変形し易いか否か或いは変形し易い部分又は領域の推定に有用な情報となる。そして、そのような情報を利用することで、荷重を伝達する機能が発揮されない部位又は領域に対して荷重を伝達する機能が有効に発揮できるようにするため、或いは、変形を防止するため、の補強等の構造体の設計の変更がより容易になることが期待される。   Thus, according to the present invention described above, in one aspect, in the numerical analysis of the mechanical characteristics of the structure, the structure is applied with a load in a direction different from the direction of the load. An index value representing the influence of the induced force vector is calculated and can be output or displayed. Referring to the induction force vector and the induction force influence index value, the structure or the area where the function of transmitting a given load is not exhibited and the degree thereof are grasped, and the induction force vector and the induction force are determined. By comparing the magnitude or distribution of the force influence index value with the shape of the structure, it is useful information for estimating whether or not a certain part is easily deformed or a part or region that is easily deformed. And by using such information, in order to enable the function to transmit the load to a part or region where the function to transmit the load is not exhibited, or to prevent deformation, It is expected that the design change of the structure such as reinforcement becomes easier.

本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the present invention.

図1は、本発明による構造体の力学的特性の数値解析が実行されるコンピュータを模式的に表した図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a computer on which numerical analysis of the mechanical properties of a structure according to the present invention is executed. 図2(A)は、直線状の構造体に荷重Fを与えた様子を示した模式図であり、図2(B)は、湾曲した構造体に荷重Fを与えた様子を示した模式図である。図2(C)は、湾曲した構造体内に於いて曲率を大きくする方向に荷重を与えた場合に構造体内で発生する力の様子を模式的に表した図である。FIG. 2A is a schematic diagram showing a state where a load F is applied to a linear structure, and FIG. 2B is a schematic diagram showing a state where a load F is applied to a curved structure. It is. FIG. 2C is a diagram schematically showing the state of the force generated in the structure when a load is applied in the direction of increasing the curvature in the curved structure. 図3は、応力の数値解析が実行されるxyz軸方向に沿って要素分割された構造体の格子モデルの模式図であり、応力解析によって算出される主軸x1-x2-x3の方向を模式的に示している。FIG. 3 is a schematic diagram of a lattice model of a structure that is divided into elements along the xyz-axis direction in which the numerical analysis of stress is performed, and schematically illustrates the directions of the principal axes x1-x2-x3 calculated by the stress analysis. It shows. 図4(A)、(B)は、曲面状の構造体に於いて、厚み方向の応力が算出されない場合の誘導力の決定方法を説明する図である。FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating a method for determining an induction force when stress in the thickness direction is not calculated in a curved structure. 図5は、図8(A)に例示された初めから湾曲したH字型の梁状部材に曲げ荷重を与えた場合に算出された誘導力ベクトルの分布の例を示している。FIG. 5 shows an example of the distribution of induced force vectors calculated when a bending load is applied to the H-shaped beam-shaped member curved from the beginning illustrated in FIG. 図6(A)は、構造体の数値モデルとして、シェル構造が用いられる場合の有限要素法に於ける解析要素の模式図であり、図6(B)は、解析要素の節点に於いて算出される誘導力ベクトルの算出方法について説明する図である。FIG. 6A is a schematic diagram of an analysis element in the finite element method when a shell structure is used as a numerical model of the structure, and FIG. 6B is a calculation at a node of the analysis element. It is a figure explaining the calculation method of the induced force vector performed. 図7(A)は、或る構造体の一部に荷重を与えた場合の変位の態様を模式的に表した図であり、図7(B)は、(A)の構造体に於いて、誘導力が相殺されるように付与される荷重から誘導力ベクトルを減算した場合の変位の態様を模式的に表した図である。図7(C)は、(A)の場合の変位後の構造体と、(B)の場合の変位後の構造体とを比較した図である。FIG. 7A is a diagram schematically showing a displacement mode when a load is applied to a part of a certain structure, and FIG. 7B shows the structure of FIG. FIG. 5 is a diagram schematically showing a displacement mode when an induced force vector is subtracted from a load applied so that the induced force is canceled. FIG. 7C is a diagram comparing the structure after displacement in the case of (A) and the structure after displacement in the case of (B). 図8(A)は、数値解析に於いて曲げ荷重を与える初めから湾曲したH字型の梁状部材の模式図であり、図8(B)は、変形解析によって得られた、変形した状態のH字型の梁状部材の模式図である。図中の濃淡は、応力の大きさを示し、濃いほど応力が高いことを示している。図8(C)は、変形したH字型の梁状部材の断面の模式図であり、上下の板状部分の両縁が互いに近接する方向に湾曲する様子を示している。FIG. 8A is a schematic diagram of an H-shaped beam-like member that is bent from the beginning to give a bending load in numerical analysis, and FIG. 8B is a deformed state obtained by deformation analysis. It is a schematic diagram of this H-shaped beam-shaped member. The shading in the figure indicates the magnitude of the stress, and the darker the stress is. FIG. 8C is a schematic diagram of a cross section of a deformed H-shaped beam-like member, and shows a state in which both edges of the upper and lower plate-like portions are curved in a direction close to each other.

1…コンピュータ本体
2…コンピュータ端末
3…モニター
4…キーボード、マウス(入力装置)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Computer body 2 ... Computer terminal 3 ... Monitor 4 ... Keyboard, mouse (input device)

コンピュータ装置の構成
本発明による構造体の力学的特性の数値解析装置は、この分野で通常使われている形式の、図1(A)に例示されている如き、コンピュータ装置1に於けるコンピュータ・プログラムの作動により実現されてよい。コンピュータ装置1には、通常の態様にて、双方向コモン・バスにより相互に連結されたCPU、記憶装置、入出力装置(I/O)が装備され、記憶装置は、本発明の演算で使用する演算処理を実行する各プログラムを記憶したメモリと、演算中に使用されるワークメモリ及びデータメモリを含んでいる。また、実施者によるコンピュータ装置1への指示及び計算結果その他の情報の表示及び出力は、コンピュータ装置1に接続されたコンピュータ端末装置2を通じて為される。コンピュータ端末装置2には、通常の態様にて、モニター3とキーボード並びにマウスといった入力装置4が設けられ、プログラムが起動されると、実施者は、プログラムの手順に従ってモニター3上の表示に従って、入力装置4を用いてコンピュータ装置1に各種の指示及び入力を行うとともに、モニター3上にてコンピュータ装置1からの演算状態及び演算結果等を視覚的に確認することが可能となる。なお、図示していないその他の周辺機器(結果を出力するプリンタ、計算条件及び演算結果情報等を入出力するための記憶装置など)がコンピュータ装置1及びコンピュータ端末装置2に装備されていてよいことは理解されるべきである。コンピュータ装置1を用いて、以下に述べる各種の処理又は演算を実行する際には、通常の態様にて、各種の処理又は演算に必要なプログラムが起動され、実施者は、コンピュータ端末装置2に於いて、プログラムに於いて準備された入力手順に従って、演算に必要なデータ、演算時の計算条件その他の各種設定を入力し、演算が開始される。そして、演算の実行中又は終了後に、演算結果が、適宜、コンピュータ端末装置2を通じて出力可能となる。
Arrangement of Computer Device A numerical analysis device for the mechanical properties of a structure according to the present invention is of the type normally used in this field, as illustrated in FIG. 1 (A). It may be realized by operating a program. The computer apparatus 1 is equipped with a CPU, a storage device, and an input / output device (I / O) connected to each other by a bidirectional common bus in a normal manner, and the storage device is used in the calculation of the present invention. A memory storing each program for executing the arithmetic processing, and a work memory and a data memory used during the calculation. In addition, the display and output of instructions, calculation results, and other information to the computer device 1 by the practitioner are performed through the computer terminal device 2 connected to the computer device 1. The computer terminal device 2 is provided with an input device 4 such as a monitor 3 and a keyboard and a mouse in a normal manner. When the program is started, the practitioner inputs according to the display on the monitor 3 according to the program procedure. It is possible to perform various instructions and inputs to the computer apparatus 1 using the apparatus 4 and to visually check the calculation state and calculation result from the computer apparatus 1 on the monitor 3. Note that the computer device 1 and the computer terminal device 2 may be equipped with other peripheral devices (not shown) (printer for outputting results, storage device for inputting / outputting calculation conditions and calculation result information, etc.). Should be understood. When various processes or operations described below are executed using the computer apparatus 1, programs necessary for the various processes or calculations are started in a normal manner, and the practitioner can connect the computer terminal apparatus 2 to the computer terminal apparatus 2. Then, in accordance with the input procedure prepared in the program, data necessary for calculation, calculation conditions at the time of calculation, and other various settings are input, and calculation is started. Then, during or after the execution of the calculation, the calculation result can be output through the computer terminal device 2 as appropriate.

上記のコンピュータ装置1に於いて、本発明による構造体の「誘導力ベクトル」及び/又は「誘導力影響指標値」の算出を行う場合、端的に述べれば、それに先立って、まず、構造体の数値モデルのデータ、即ち、或る座標空間、例えば、三次元空間座標の(x,y,z)方向に於いて構造体の形状を現す座標値データと構造体の弾性特性などの材料の力学的特性のデータが入力され、しかる後、典型的には、有限要素法による構造体の力学特性の数値解析が実行される。有限要素法に於いては、よく知られている如く、数値モデルとして現された構造体を複数の三角形又は四角形の解析要素に分割し、構造体の任意の解析要素の節点に任意の荷重を与えた場合の各要素の応力、変位等のデータが算出される。典型的には、ここで算出される各要素のデータは、具体的には、数値モデルの入力の際の座標空間(入力座標系)に於ける成分で表した応力値、主応力値、座標空間に対する主軸方向(主応力の方向)から成るデータ群であってよく、また、後に説明される「誘導力影響指標値」を算出する場合には、更に、数値モデルの入力の際の座標空間(入力座標系)に於ける成分で表した各節点の変位値から成るデータ群であってよい。そして、これらの有限要素法で得られたデータ群を用いて、後に説明される「誘導力ベクトル」の大きさと方向及び/又は「誘導力影響指標値」が算出される。なお、誘導力ベクトルは、任意の座標系の成分で表されてよいところ、典型的には、一般的な構造体の場合には、主軸方向の座標系に於ける成分にて表されてよく、シェル構造体の場合には、シェル面に垂直な方向の成分にて表されてよい。また、誘導力ベクトルは、後に説明される例の如く、モニター3上にてグラフィック表示された構造体の数値モデルの各要素上にて大きさと方向を表すベクトル(矢印)にて表示されてよく、誘導力影響指標値を算出する場合には、荷重を与えた場合(誘導力ベクトルがそのまま生ずる場合及び/又は誘導力が除去された場合)の変形後の構造体、即ち、変位が形状に反映された構造体のグラフィック表示がモニター3上に表示されてよい。   When calculating the “inductive force vector” and / or “inductive force influence index value” of the structure according to the present invention in the computer apparatus 1 described above, briefly, prior to that, first, the structure Numerical model data, that is, dynamics of a material such as coordinate value data representing the shape of a structure in a certain coordinate space, for example, the (x, y, z) direction of three-dimensional space coordinates, and elastic properties of the structure The data of the physical characteristics is input, and then, numerical analysis of the mechanical characteristics of the structure is typically performed by the finite element method. In the finite element method, as is well known, a structure represented as a numerical model is divided into a plurality of analysis elements of triangles or quadrangles, and an arbitrary load is applied to the nodes of any analysis element of the structure. Data such as stress and displacement of each element when given is calculated. Typically, the data of each element calculated here is specifically the stress value, principal stress value, coordinate expressed in the component in the coordinate space (input coordinate system) when inputting the numerical model. It may be a data group consisting of principal axis directions (principal stress directions) with respect to space, and when calculating an “inductive force influence index value” to be described later, a coordinate space when inputting a numerical model is further included. It may be a data group composed of displacement values of the nodes represented by components in the (input coordinate system). Then, using the data group obtained by these finite element methods, the magnitude and direction of “guidance force vector” and / or “guidance force influence index value” described later are calculated. The induction force vector may be represented by a component in an arbitrary coordinate system. Typically, in the case of a general structure, it may be represented by a component in the coordinate system in the principal axis direction. In the case of a shell structure, it may be represented by a component in a direction perpendicular to the shell surface. In addition, the guidance force vector may be displayed as a vector (arrow) indicating the magnitude and direction on each element of the numerical model of the structure graphically displayed on the monitor 3 as in an example described later. When calculating the inductive force influence index value, the structure after deformation when the load is applied (when the inductive force vector is generated as it is and / or when the inductive force is removed), that is, the displacement becomes the shape. A graphic display of the reflected structure may be displayed on the monitor 3.

誘導力ベクトルの定義と物理的な意味
図2(A)を参照して、図示の如き直線状の部材に対して、その延在する方向に荷重F(図示の場合では引っ張り荷重)を与えたとき、部材の内部では、その荷重Fと略同じ方向に力T(図示の場合では、張力)が作用することとなる。即ち、この場合には、部材は、荷重Fが伝達される構造であり、換言すると、部材内部は、荷重を伝達する機能を果たしているということができる。一方、図2(B)に描かれている如き湾曲した部材に対してその延在する方向に荷重Fを与えた場合(部材の紙面の垂直方向の位置は拘束されていると仮定する。)、部材の内部の或る点(黒点)について見ると、力Tの向きが正反対ではないために、その合力として荷重Fとは向きの異なる力Sが作用することとなる。そして、力Sの作用により、部材が変形すると、図2(B)に点線にて描かれているように、部材が伸びて張力をいなしてしまうので、荷重Fの伝達には寄与しないこととなり、部材内部は、荷重を伝達する機能を果たしていない状態であるということができる。これを「力が逃げる」と表現することもできる。即ち、或る構造体に対して荷重を与えた場合に、上記の例の如く、荷重Fとは異なる向きに作用する力Sの大きさを参照すれば、構造体に於いて荷重を伝達する機能を果たしていない部分又は領域の位置又は大きさと、そこに於いて作用する力の向きと大きさとが特定できることとなる。このような力の逃げが起こっている部位では、前記の力Sを受け止めて変形を防止する部材を追加することにより、大幅に構造の剛性や強度を改善することが可能である。なお、本発明に於いて、上記の如き付与された荷重とは向きの異なる力Sを「誘導力ベクトル」と称することとする。即ち、誘導力とそれによる変形によって力が逃げている個所を特定することができれば、この情報に基づいて、設計者が構造を改善する設計変更を容易に提案することが可能となる。
Definition and Physical Meaning of Inductive Force Vector With reference to FIG. 2 (A), a load F (a tensile load in the illustrated case) was applied to the linear member as shown in the extending direction. At this time, a force T (tension in the illustrated case) acts in the same direction as the load F inside the member. That is, in this case, the member has a structure to which the load F is transmitted. In other words, it can be said that the member has a function of transmitting the load. On the other hand, when a load F is applied to the curved member as illustrated in FIG. 2B in the extending direction (assuming that the position of the member in the vertical direction on the paper surface is constrained). When looking at a certain point (black dot) inside the member, since the direction of the force T is not opposite, a force S having a direction different from the load F acts as a resultant force. When the member is deformed by the action of the force S, the member is stretched and applied with tension as depicted by a dotted line in FIG. 2B, so that it does not contribute to the transmission of the load F. Thus, it can be said that the inside of the member is in a state where the function of transmitting a load is not achieved. This can also be expressed as “power escapes”. That is, when a load is applied to a certain structure, the load is transmitted in the structure by referring to the magnitude of the force S acting in a direction different from the load F as in the above example. It is possible to specify the position or size of the part or region that does not fulfill the function and the direction and size of the force acting there. In a portion where such force escape occurs, it is possible to significantly improve the rigidity and strength of the structure by adding a member that receives the force S and prevents deformation. In the present invention, the force S having a direction different from the applied load as described above is referred to as an “inductive force vector”. That is, if it is possible to identify the location where the force escapes due to the induced force and the deformation caused by the induced force, the designer can easily propose a design change that improves the structure based on this information.

そこで、まず、一般的な構造体に於いて、「誘導力ベクトル」を定義する。図2(C)を参照して、構造体内の一つの微小領域に於いて、その一つの主軸x1方向について、図中下面に下向きに応力σ1が作用し、上面に上向きに応力σ1+∂σ1/∂x1・dx1が作用する場合を考える。そして、微小領域には、図2(B)に描かれている如く荷重Fに起因する張力Tが両側から作用し、その力の主軸x1方向の成分即ち、誘導力ベクトルの成分を、-S/2とすると、力の釣り合いは、下記の式で表される。
σ1+∂σ1/∂x1・dx1−σ1+2・S/2=0 …(1)
従って、誘導力ベクトルの成分Sは、
S=−(∂σ1/∂x1)・dx1 …(2)
となる。更に、体積当たりの力の成分I1に換算して、
I1=−(∂σ1/∂x1) …(3)
が得られる。この式(3)の関係式は、図3に示されている如き、立体に於いて、他の二つの主軸方向にも成立するので、誘導力ベクトルIは、下記の表式により定義される。
ここに於いて、e1、e2、e3は、主軸方向x1、x2、x3のそれぞれの単位ベクトルである。
Therefore, first, an “inductive force vector” is defined in a general structure. Referring to FIG. 2C, in one minute region in the structure, with respect to the direction of one main axis x1, a stress σ1 acts on the lower surface in the drawing and the stress σ1 + ∂σ1 / acts on the upper surface. Consider the case where ∂x1 · dx1 acts. 2B, the tension T resulting from the load F acts from both sides as shown in FIG. 2B, and the component of the force in the direction of the main axis x1, that is, the component of the induced force vector is expressed as -S. If / 2, the balance of force is expressed by the following formula.
σ1 + ∂σ1 / ∂x1 · dx1−σ1 + 2 · S / 2 = 0 (1)
Therefore, the component S of the inductive force vector is
S = − (∂σ1 / ∂x1) · dx1 (2)
It becomes. Furthermore, in terms of the component I1 of force per volume,
I1 = − (∂σ1 / ∂x1) (3)
Is obtained. Since the relational expression of the expression (3) is also established in the other two principal axis directions in the solid as shown in FIG. 3, the induction force vector I is defined by the following expression. .
Here, e1, e2, and e3 are unit vectors in the principal axis directions x1, x2, and x3, respectively.

また、解析される構造体がシェル構造であるとき、x3方向をシェルの面に垂直な厚さ方向とし、x1、x2方向をシェルの面の延在方向とすると、σ3には厚さ方向の中央値(有限要素法では、面の表面と裏面の応力の平均値)が用いられ、σ3の微分値が算出できないので、その場合には、下記の力の釣り合い式:
を用いて、式(4)は、下記の式に書き換えられる。
ここで、τ13、τ23は、x1、x2方向を向いた面に於けるx3方向のせん断応力である。なお、シェル面が曲面であるとき、シェル面の方向が場所によって変化し、座標軸の方向が場所によって異なるので、有限要素法によって算出されるσ3が0であっても、τ13、τ23が0とはならない。かくして、図4の中心点Oの近傍Cにおいてx1の方向が角度にしてθだけとすると、O点の座標系におけるC点のτ13の値は、
τ13=cosθsinθ・σ1〜θ・σ1 …(7)
となる。また、OC間の距離をΔxとすると、シェルのx方向の曲率半径Rと角度θの間に
R=Δx/θ …(8)
の関係があり、τ13の微分は差分で近似できて、
∂τ13/∂x1
〜{τ13(点C)−τ13(点O)}/Δx=τ13(点C)/Δx …(9)
により与えられる。以上の考察を一般化すれば、面の延在方向の応力σij(i,j=x又はy。有限要素法では、面の表面と裏面の応力の平均値)と、それによる誘導力ベクトル成分のシェル面に垂直な成分(e3の方向)Fn(i,j)との関係は、図4(A)から理解される如く、
Fn(i,j)=σij/Rij …(10)
となる。ここで、式(10)は一般化されているので、xとyの方向は応力の主軸方向である必要は無く、シェル面の延在方向に取られた任意の座標系であってよい。Rijは、R11(Rxx)、R12(Rxy)、R21(Ryx)、R22(Ryy)の成分があり、R11はシェル面のx方向に沿った線上の曲率半径、R22はシェル面のy方向に沿った線上の曲率半径、R12はシェル面のx=y方向に沿った線上の曲率半径とx=−y方向に沿った線上の曲率半径の差であり、また、R21=R12である。従って、図4(B)に模式的に描かれている如きシェル構造の曲面片に於いて、厚み方向の誘導力ベクトルの成分Fnは、全ての面の延在方向の応力σijからの成分の和となるので、
Fn=σxx/Rxx+σyy/Ryy+2σxy/Rxy …(11)
により表されることとなる。ここで、Rxx、Ryy、Rxyは、図4(B)に示されている如く、それぞれの応力σijの作用する部位に於ける曲面片の曲率半径である(応力の釣り合いから、σxy=σyxであり、対称性からRxy=Ryxである。)。また、上記の式(6)に於いて、1/Rxx,1/Ryy,1/Rxyは、それぞれ、曲面片に於ける曲率行列Qijの成分であるので、結局、シェル面に於いて、誘導力ベクトルの厚み方向の成分は、曲率行列Qijと応力テンソルσij(i,j=x,y)を用いて、
Fn=ΣΣijσij …(A)
(ここに於いては、Σ、Σは、i、jについての総和を表す。)
により算出される。なお、ここに示す計算は、各要素に対して、または各接点に対して、あるいはそれらの両方に対して行うことができ、どちらの方法であっても本発明の目的は達成できる。
Further, when the structure to be analyzed is a shell structure, if the x3 direction is the thickness direction perpendicular to the surface of the shell and the x1 and x2 directions are the extending direction of the shell surface, σ3 is the thickness direction. The median value (in the finite element method, the average value of the stresses on the front and back surfaces) is used, and the differential value of σ3 cannot be calculated. In that case, the following force balance formula:
(4) can be rewritten into the following equation using
Here, τ13 and τ23 are shear stresses in the x3 direction on the surfaces facing the x1 and x2 directions. When the shell surface is a curved surface, the direction of the shell surface changes depending on the location, and the direction of the coordinate axis differs depending on the location. Therefore, even when σ3 calculated by the finite element method is 0, τ13 and τ23 are 0. Must not. Thus, if the direction of x1 is an angle θ in the vicinity C of the center point O in FIG. 4, the value of τ13 of the point C in the coordinate system of the point O is
τ13 = cosθsinθ · σ1 to θ · σ1 (7)
It becomes. Further, if the distance between OCs is Δx, R = Δx / θ (8) between the radius of curvature R in the x direction of the shell and the angle θ.
The derivative of τ13 can be approximated by a difference,
∂τ13 / ∂x1
˜ {τ13 (point C) −τ13 (point O) } / Δx = τ13 (point C) / Δx (9)
Given by. Generalizing the above consideration, the stress σij in the extending direction of the surface (i, j = x or y; in the finite element method, the average value of the stress on the surface and the back surface) and the resulting induced force vector component The relationship with the component perpendicular to the shell surface (direction of e3) Fn (i, j) is understood from FIG.
Fn (i, j) = σij / Rij (10)
It becomes. Here, since the formula (10) is generalized, the directions of x and y do not need to be the principal axis direction of stress, and may be an arbitrary coordinate system taken in the extending direction of the shell surface. Rij has components R11 (Rxx), R12 (Rxy), R21 (Ryx), and R22 (Ryy), R11 is a radius of curvature along a line along the x direction of the shell surface, and R22 is in the y direction of the shell surface. The radius of curvature on the line along the line, R12, is the difference between the radius of curvature on the line along the x = y direction of the shell surface and the radius of curvature on the line along the x = -y direction, and R21 = R12. Therefore, in the curved piece of the shell structure schematically illustrated in FIG. 4B, the component Fn of the induction force vector in the thickness direction is the component of the stress σij in the extending direction of all the surfaces. Because it becomes sum,
Fn = σxx / Rxx + σyy / Ryy + 2σxy / Rxy (11)
It will be represented by. Here, as shown in FIG. 4B, Rxx, Ryy, and Rxy are the curvature radii of the curved surface pieces at the sites where the stress σij acts (from the balance of stress, σxy = σyx Yes, Rxy = Ryx due to symmetry) In the above equation (6), 1 / Rxx, 1 / Ryy, and 1 / Rxy are components of the curvature matrix Qij in the curved piece, respectively. The component in the thickness direction of the force vector is calculated using the curvature matrix Qij and the stress tensor σij (i, j = x, y)
Fn = Σ i Σ j Q ij σ ij (A)
(Here, Σ i and Σ j represent the sum of i and j.)
Is calculated by The calculation shown here can be performed for each element, each contact, or both, and the object of the present invention can be achieved by either method.

誘導力ベクトルの算出
上記の誘導力ベクトルI、Fnは、有限要素法によって得られた応力値のデータを用いて算出される。構造体が図3に例示されている如き立体であり、誘導力ベクトルIの式として、式(4)が用いられる場合、誘導力ベクトルIの式の中のx1、x2、x3方向(主軸方向)の主応力の微分値は、例えば、各要素に於いて、それと隣り合う要素との差分と要素間の距離Δx,Δy,Δzから最小二乗法等の方法を用いて算出されてよい。一つの要素についての演算に於いて、隣り合う要素の数は、図示していない厚み方向も含めれば、最大26個になるところ、そのうちのいくつを計算に使用するかは任意であり、より広い範囲の要素まで含めて計算しても良い。構造体がシェル構造である場合、誘導力ベクトルのうち、特に重要であるのは、面に垂直方向(厚み方向)の成分Fnである。なぜなら、面に垂直方向の力は容易にシェル構造を変形させうるので、前述した力が逃げる現象を起こしやすいからである。誘導力ベクトルの厚み方向の成分Fnの式として、式(A)が用いられる場合、曲率行列の成分Qijは、例えば、特許文献5に記載された手法により算出されてよい。
Calculation of Inductive Force Vector The inductive force vectors I and Fn are calculated using stress value data obtained by the finite element method. When the structure is a solid as illustrated in FIG. 3 and the equation (4) is used as the equation of the induction force vector I, the x1, x2, and x3 directions (the principal axis direction) in the equation of the induction force vector I are used. For example, in each element, the differential value of the principal stress may be calculated from the difference between the adjacent elements and the distances Δx, Δy, Δz between the elements using a method such as a least square method. In the calculation for one element, the number of adjacent elements is up to 26 including the thickness direction (not shown), and how many of them are used for calculation is arbitrary and wider. You may calculate including the elements of the range. When the structure has a shell structure, the component Fn in the direction perpendicular to the surface (thickness direction) is particularly important among the induction force vectors. This is because a force perpendicular to the surface can easily deform the shell structure, so that the above-described phenomenon that the force escapes easily occurs. When Expression (A) is used as the expression of the component Fn in the thickness direction of the induction force vector, the curvature matrix component Q ij may be calculated by, for example, the technique described in Patent Document 5.

図5は、図8(A)のH字型の梁状部材に曲げ荷重を与えた場合に算出された誘導力ベクトルの分布の例を示している。同図を参照して、誘導力ベクトルが上下の板部材に於いて互いに向かっており、また、上下の板部材の中心線とそれと平行な両縁の中間辺りで大きさが増大していることが理解される。この誘導力ベクトルの分布と図8(B)の変形解析のグラフィック表示を対照すると、既に触れた如く、上下の板部材は、両縁が互いに向かう方向に湾曲しており、誘導力ベクトルの向きと一致することが理解される。かくして、誘導力ベクトルを参照することで、上下の板部材の中心線とそれと平行な両縁の中間辺りで荷重伝達方向とは別の方向の力が作用し、かかる領域では付与した荷重(曲げモーメント)の伝達の寄与が小さく、又、付与した荷重伝達方向とは別の方向の湾曲が生じるという理由を考察することが可能となる。   FIG. 5 shows an example of the distribution of induced force vectors calculated when a bending load is applied to the H-shaped beam-shaped member of FIG. Referring to the figure, the inductive force vectors are directed toward each other in the upper and lower plate members, and increase in size between the center line of the upper and lower plate members and the middle of both edges parallel thereto. Is understood. When the distribution of the induction force vector is compared with the graphic display of the deformation analysis in FIG. 8B, as already mentioned, the upper and lower plate members are curved in directions in which both edges are directed toward each other, and the direction of the induction force vector is To be understood. Thus, by referring to the induction force vector, a force in a direction different from the load transmission direction acts on the middle line between the center line of the upper and lower plate members and both edges parallel to the center line. It is possible to consider the reason that the contribution of the transmission of the moment) is small and the bending in a direction different from the applied load transmission direction occurs.

誘導力影響指標値の演算
上記の如く、誘導力ベクトルの分布が得られると、付与した荷重とは別の方向の湾曲が生ずる領域についての考察が可能となるところ、かかる誘導力ベクトルの構造体に対する影響又は寄与は、誘導力ベクトルが存在する場合と誘導力ベクトルが存在しない場合とに於ける変形後の構造体の状態を観察すると、より明確に把握できることが期待される。そこで、本発明の装置に於いては、誘導力ベクトルの算出とともに、誘導力ベクトルが存在した状態に於ける構造体の各要素の変位(非修正変位)と、誘導力ベクトルが存在していない状態に於ける構造体の各解析要素の変位(修正変位)とがそれぞれ算出される。そして、非修正変位と修正変位とを比較して、誘導力ベクトルの寄与の考察するために、非修正変位と修正変位とに基づいて「誘導力影響指標値」、即ち、誘導力ベクトルの寄与を表す指標値が算出される。
Calculation of the guiding force effect index value As described above, when the distribution of the guiding force vector is obtained, it is possible to consider the region where the bending in a direction different from the applied load occurs. It is expected that the influence or contribution to can be grasped more clearly by observing the state of the structure after deformation in the presence and absence of the inductive force vector. Therefore, in the apparatus of the present invention, the calculation of the guidance force vector, the displacement of each element of the structure in the state where the guidance force vector exists (uncorrected displacement), and the guidance force vector do not exist. The displacement (corrected displacement) of each analysis element of the structure in the state is calculated. Then, in order to compare the uncorrected displacement with the corrected displacement and consider the contribution of the induced force vector, the “inductive force effect index value” based on the uncorrected displacement and the corrected displacement, ie, the contribution of the induced force vector An index value representing is calculated.

具体的には、まず、誘導力ベクトルの算出は、上記の如く実行され、誘導力ベクトルが存在した状態に於ける構造体の各要素の非修正変位は、通常の態様にて、荷重を構造体の任意の部位に付与した状態にて有限要素法に従って算出されてよい。   Specifically, first, the calculation of the induction force vector is performed as described above, and the uncorrected displacement of each element of the structure in the state where the induction force vector exists, the load is structured in the normal manner. It may be calculated according to the finite element method in a state applied to any part of the body.

誘導力ベクトルが存在していない状態に於ける構造体の各要素の修正変位については、誘導力ベクトルが存在した状態に於ける荷重から誘導力ベクトルを減算した状態にて、構造体の各要素の変位が算出される。より詳細には、まず、構造体に対して或る荷重を付与した場合の各解析要素の誘導力ベクトルが算出されると、各解析要素の節点の各々に付与された荷重(ベクトル)から誘導力ベクトルが減算される。なお、先の誘導力ベクトル及び構造体の変位の演算に於いて荷重が付与されていない節点に於いては、荷重=0の状態から誘導力ベクトルの大きさに相当する分が差し引かれることとなる。特に、構造体が図6(A)に示されている如きシェル構造である場合、各節点iに於いて下記の修正荷重Pi *が付与されることとなる。
i *=Pi−fi …(12)
ここに於いて、iは、節点の符号であり、Piは、誘導力ベクトルを算出した際に各節点に付与された荷重である(従って、荷重を付与しなかった節点では、Pi=0である。)。fiは、各節点に作用する誘導力ベクトル成分である(即ち、誘導力ベクトルの成分の減算は、シェル構造の場合には、厚み方向のみ行われてよい。)。誘導力ベクトルが各要素a に対してのみ算出される場合においては、節点毎の式(7)の修正荷重Pi *を算出する場合には、図6(B)に示されている如く、節点が属する解析要素にて算出された誘導力ベクトルの平均値がfiとして用いられてよい。即ち、各節点の誘導力ベクトルの成分fiは、
i=(1/N)ΣF …(13)
により与えられる。ここに於いて、Nは、節点iの属する解析要素の数であり、aは、解析要素の符号であり、F は、解析要素aの厚み方向の誘導力ベクトル成分であり、Vは、解析要素aの体積(面積×厚み)であり、Σは、節点iの属する解析要素についての値の総和である。そして、式(7)による修正荷重Pi *を付与した状態で構造体の各要素の変位は、通常の態様にて、有限要素法に従って算出されてよい。
Regarding the corrected displacement of each element of the structure in the state where no induction force vector exists, each element of the structure is obtained by subtracting the induction force vector from the load in the state where the induction force vector exists. The displacement of is calculated. More specifically, first, when the induction force vector of each analysis element when a certain load is applied to the structure is calculated, the induction is performed from the load (vector) applied to each node of each analysis element. The force vector is subtracted. It should be noted that at the node where no load is applied in the calculation of the previous induction force vector and the displacement of the structure, an amount corresponding to the magnitude of the induction force vector is subtracted from the state where the load = 0. Become. In particular, when the structure has a shell structure as shown in FIG. 6A, the following correction load P i * is applied to each node i.
P i * = P i −f i (12)
Here, i is a symbol of the node, and P i is a load applied to each node when the induction force vector is calculated (thus, in a node to which no load is applied, P i = 0.) f i is an inductive force vector component acting on each node (that is, subtraction of the inductive force vector component may be performed only in the thickness direction in the case of a shell structure). When the inductive force vector is calculated only for each element a 1, when calculating the corrected load P i * of the equation (7) for each node, as shown in FIG. The average value of the induction force vector calculated by the analysis element to which the node belongs may be used as f i . That is, the component f i of the induction force vector at each node is
f i = (1 / N i ) ΣF n a V a (13)
Given by. Here, N i is the number of analysis elements to which the node i belongs, a is a sign of the analysis element, F n a is an induction force vector component in the thickness direction of the analysis element a, and V a is the volume (area × thickness) of the analysis element a, and Σ is the sum of the values for the analysis element to which the node i belongs. Then, the displacement of each element of the structure may be calculated according to the finite element method in a normal manner in a state where the correction load P i * according to Expression (7) is applied.

図7は、上記の一連の処理を実行した場合の構造体の状態を模式的に描いたものである。同図を参照して、図7(A)に於いて、或る解析部材に対して、荷重を付与した状態にて、誘導力ベクトル分布(左図)と、変形後の構造体の変位(右図)が算出される。そうすると、変形後の構造体に於いて、誘導力ベクトル分布に対応して、荷重の伝達方向とは別の方向の変形(図中、点線にて囲んだ部位)をする領域が発生する場合がある。かかる領域の変形は、誘導力ベクトルに起因するもので、力が逃げている現象が起きていると予想される。そこで、図7(B)に於いて描かれている如く、誘導力ベクトルを相殺するように荷重を付与した状態(左図)にて、変形後の構造体の変位(右図)が算出される。その場合、図7(A)で力の逃げが起きている領域に於いて、誘導力ベクトルの相殺の効果により、力の逃げの消失などの変化が生ずることが期待される。かくして、図7(C)に於いて描かれている如く、荷重の修正前の構造体の状態(A)と荷重の修正後の構造体の状態(B)とを比較することにより、誘導力ベクトルの影響又は寄与がより明確に把握できることとなる。なお、通常の構造解析において、変位は、構造体の大きさに比べると微小であり、変位によって形状が変化する事の影響は無視できる事が多い。本発明に於いても非修正変位と修正変位は共に微小であるとみなしており、図7、図8では説明の為に変形が拡大されて表示されている。変形が無視できないような場合においては、一般的に、少し変形した後の形状から構造モデルを作り直し、作り直した構造に対して解析を行うという事を繰り返して最終的に大きな変形に対する解析を行うという方法が用いられており、本発明に於いても同様の事が可能である。   FIG. 7 schematically shows the state of the structure when the above-described series of processing is executed. Referring to FIG. 7A, in FIG. 7A, in a state where a load is applied to a certain analysis member, an induction force vector distribution (left diagram) and a displacement of the structure after deformation ( (Right figure) is calculated. Then, in the structure after deformation, there is a case where a region that deforms in a direction different from the load transmission direction (a part surrounded by a dotted line in the figure) corresponding to the induced force vector distribution may occur. is there. Such deformation of the region is caused by the induced force vector, and it is expected that a phenomenon in which the force escapes occurs. Therefore, as illustrated in FIG. 7B, the displacement of the structure after deformation (right diagram) is calculated in a state where a load is applied so as to cancel out the induction force vector (left diagram). The In that case, in the region where the force escape occurs in FIG. 7A, it is expected that a change such as disappearance of the force escape occurs due to the effect of canceling the induced force vector. Thus, as depicted in FIG. 7C, by comparing the structure state (A) before the load correction and the structure state (B) after the load correction, the inductive force The influence or contribution of the vector can be understood more clearly. In a normal structural analysis, the displacement is very small compared to the size of the structure, and the influence of the change in shape due to the displacement is often negligible. In the present invention, both the uncorrected displacement and the modified displacement are considered to be very small, and the deformation is enlarged and displayed in FIGS. 7 and 8 for explanation. When deformation cannot be ignored, it is generally said that a structural model is recreated from a slightly deformed shape, and analysis is performed on the reconstructed structure, and finally analysis for large deformation is performed. The same method can be used in the present invention.

図7(C)に描かれている如き、上記の荷重の修正前の構造体の状態(A)と荷重の修正後の構造体の状態(B)との比較に於いて、単に、それぞれの構造体の形状を比較して観察するだけでは、誘導力ベクトルの影響を定量的に把握することは困難である。そこで、本発明の装置に於いては、更に、上記の如く、非修正変位と修正変位とに基づいて「誘導力影響指標値」が算出される。具体的には、誘導力ベクトルが存在した状態に於ける構造体の各節点の非修正変位uiと、誘導力ベクトルが存在していない状態に於ける構造体の各節点の修正変位uiとを用いて、それらの差分、
βi=ui−ui …(14a)
それらの比、
γi=ui/ui …(14b)
などが各節点について算出されてよい。或いは、構造体の任意の一部の領域、例えば、有意な荷重を付与した領域(図中、Tにて囲まれた領域)の非修正変位uiと修正変位uiとについて、下記の補正係数λを定義し、
λ=Σui/Σui …(15)
(ここに於いて、Σは、領域τ内での総和である。)、
更に、下記の影響度βiτが算出されてよい。
βi=(ui−λui) …(16a)
又は
βi=(ui−λui)・fi …(16b)
ここに於いて、・は、ベクトルの内積を表している。
上記の式(11a、b)に於いて、(ui−λui)は、領域T内に於いては、その値が実質的に0となることが期待される一方、領域T以外の誘導力ベクトルの存在した領域では、その有無による差異が顕著となり、誘導力ベクトルの寄与をより明瞭に把握するのに有利である。領域Tの選択は、有意な誘導力ベクトルの存在した領域に於けるβiの値が大きくなるように或いは有意な誘導力ベクトルの存在していない領域に於けるβiの値が小さくなるように適宜選択されてよい。上記のβi、γi、βiは、構造体のグラフィック表示と伴にモニター3上に表示されてよい。
In the comparison between the state (A) of the structure before correction of the load and the state (B) of the structure after correction of the load as illustrated in FIG. It is difficult to quantitatively grasp the influence of the induction force vector only by comparing and observing the shape of the structure. Therefore, in the apparatus of the present invention, as described above, the “induction force effect index value” is calculated based on the uncorrected displacement and the corrected displacement. Specifically, the uncorrected displacement ui of each node of the structure in the state where the induction force vector exists, and the corrected displacement ui * of each node of the structure in the state where the induction force vector does not exist The difference between them,
βi = ui-ui * (14a)
Their ratio,
γi = ui / ui * (14b)
Etc. may be calculated for each node. Alternatively, the following correction coefficients are used for an uncorrected displacement ui and a corrected displacement ui * of an arbitrary partial region of the structure, for example, a region to which a significant load is applied (region surrounded by T in the figure). λ T is defined,
λ T = Σui / Σui * (15)
(Where Σ is the sum in the region τ),
Further, the following degree of influence βi τ may be calculated.
βi T = (ui−λ T ui * ) (16a)
Or βi T = (ui-λ T ui *) · f i ... (16b)
Here, · represents an inner product of vectors.
In the above formula (11a, b), (ui−λ T ui * ) is expected to be substantially 0 in the region T, while other than the region T. In the region where the guiding force vector exists, the difference due to the presence or absence becomes remarkable, which is advantageous for more clearly grasping the contribution of the guiding force vector. Selection of region T, so that the value of the existing areas or as a value of at .beta.i T increases a significant induction force in .beta.i T to nonexistent region Vector significant induction force vector is reduced May be appropriately selected. The above β i, γ i, β i T may be displayed on the monitor 3 together with the graphic display of the structure.

誘導力ベクトルの算出の別の実施形態
既に述べた如く、構造体がシェル構造である場合、誘導力ベクトルは、式(A)に従って、曲率行列Qijと応力テンソルσijとにより算出される。この点に関し、有限要素法による数値解析に於いて、各節点の応力テンソルσijは、剛性行列Sと変位ベクトルuiとを用いて
σij=S・ui
の形式にて算出され、また、変位ベクトルuiは、各節点の荷重ベクトルPiと影響変数行列Kとを用いて、
ui=K・Pi
の形式にて算出される。ここに於いて、式(A)の演算を
Q*σ=ΣΣijσij …(A)
と表記すると、誘導力ベクトルFnは、
Fn=Q*S・ui …(17a)
Fn=Q*S・K・Pi …(17b)
により与えられる。剛性行列Sと影響変数行列Kとは、数値モデルの設定により決定されるので、誘導力ベクトルは、応力を陽に算出せずに、変位ベクトルuiから、或いは、荷重ベクトルPiから直接的に算出されてよい。なお、この場合に算出される誘導力ベクトルは、構造体の変形後の誘導力ベクトルの成分となる。
Another Embodiment of Calculation of Inductive Force Vector As already described, when the structure has a shell structure, the inductive force vector is calculated by the curvature matrix Qij and the stress tensor σij according to the equation (A). Regarding this point, in the numerical analysis by the finite element method, the stress tensor σij of each node is expressed by using the stiffness matrix S and the displacement vector ui as follows: σij = S · ui
The displacement vector ui is calculated using the load vector Pi of each node and the influence variable matrix K,
ui = K ・ Pi
It is calculated in the form of Here, the calculation of the expression (A) is performed as follows: Q * σ = Σ i Σ j Q ij σ ij (A)
Inductive force vector Fn is expressed as
Fn = Q * S · ui (17a)
Fn = Q * S · K · Pi (17b)
Given by. Since the stiffness matrix S and the influence variable matrix K are determined by setting a numerical model, the induction force vector is directly calculated from the displacement vector ui or directly from the load vector Pi without calculating the stress explicitly. May be. Note that the induced force vector calculated in this case is a component of the induced force vector after deformation of the structure.

以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。   Although the above description has been made in relation to the embodiment of the present invention, many modifications and changes can be easily made by those skilled in the art, and the present invention is limited to the embodiment exemplified above. It will be apparent that the invention is not limited and applies to various devices without departing from the inventive concept.

Claims (2)

コンピュータを用いた構造体の力学的特性の数値解析装置であって、
複数の解析要素を有する前記構造体の数値モデルに於いて前記構造体に対して荷重を与えた場合に前記解析要素の各々にて前記荷重の方向とは別の方向に作用する誘導力ベクトルを算出する手段と、
前記構造体の数値モデルに於いて前記構造体に対して前記荷重を与えた場合に前記解析要素の各々にて生ずる非修正変位を算出する手段と、
前記構造体の数値モデルに於いて前記構造体に対して前記荷重から前記誘導力ベクトルを減算して得られる修正荷重を与えた場合に前記解析要素の各々にて生ずる修正荷重を算出する手段と、
前記解析要素の各々に於ける前記非修正変位と前記修正変位とに基づいて前記誘導力ベクトルの寄与を表す指標値を算出する手段と
前記誘導力ベクトルの寄与を表す前記指標値を出力又は表示する手段と
を含む装置。
A numerical analysis device for mechanical properties of a structure using a computer,
In a numerical model of the structure having a plurality of analysis elements, when a load is applied to the structure, an induction force vector acting in a direction different from the direction of the load is applied to each of the analysis elements. Means for calculating;
Means for calculating an uncorrected displacement generated in each of the analysis elements when the load is applied to the structure in the numerical model of the structure;
Means for calculating a correction load generated in each of the analysis elements when a correction load obtained by subtracting the induction force vector from the load is applied to the structure in the numerical model of the structure; ,
Means for calculating an index value representing the contribution of the induced force vector based on the uncorrected displacement and the modified displacement in each of the analysis elements; and outputting or displaying the index value representing the contribution of the induced force vector Means comprising:
有限要素法に従ってコンピュータを用いた構造体の力学的特性の数値解析装置であって、
複数の解析要素を有する前記構造体のシェル構造を仮定した数値モデルに於いて前記構造体に対して与えられる荷重及び該荷重を与えた場合に生ずる前記構造体の解析要素の各々の変位を算出する影響変数行列又は前記荷重と前記影響変数行列とを用いて算出された前記解析要素の各々の変位と、前記解析要素の剛性行列と、前記解析要素の曲率行列とを用いて、前記構造体に対して荷重を与えた場合に前記解析要素の各々にて前記荷重の方向とは別の方向に作用する誘導力ベクトルを算出する手段と、
前記誘導力ベクトルを出力又は表示する手段と
を含む装置。
A numerical analysis device for mechanical properties of a structure using a computer according to a finite element method,
In a numerical model assuming a shell structure of the structure having a plurality of analysis elements, the load applied to the structure and the displacement of each analysis element of the structure that occurs when the load is applied are calculated. The structure using the displacement of each analysis element calculated using the influence variable matrix or the load and the influence variable matrix, the stiffness matrix of the analysis element, and the curvature matrix of the analysis element Means for calculating an inductive force vector acting in a direction different from the direction of the load in each of the analysis elements when a load is applied to
Means for outputting or displaying said inductive force vector.
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